Złośliwe zmiany nowotworowe pochodzące z tkanki nabłonkowej, raki, stanowią 80% do 100% wszystkich nowotworów człowieka, w tym niektóre z najbardziej śmiertelnych chorób, takich jak rak szyjki macicy i niedrobnokomórkowego raka płuc. Wiele z tych nowotworów występuje na łatwo dostępnych powierzchniach nabłonka, oferując unikalne możliwości wykrywania. Skuteczne leczenie kliniczne raka jest możliwe dzięki wczesnemu wykryciu, w czasie, gdy możliwe jest wykonanie pełnej resekcji chirurgicznej, przed inwazją na sąsiednie tkanki lub znaczącą inwazją do naczyń krwionośnych prowadzącą do przerzutów. Dobre rokowanie z długotrwałym przeżyciem wolnym od choroby jest bardziej prawdopodobne po wczesnym wykryciu, gdy progresja jest ograniczona. Obecnie wykrywanie raków na powierzchniach nabłonkowych w dużej mierze polega na rutynowej kontroli gołym okiem (np. skóra i gardło) lub prostymi narzędziami światła białego (np. szyjka macicy i okrężnica). Pojawiające się narzędzia optyczne oparte na różnicach refrakcji, absorpcji, odbicia, rozpraszania lub fluorescencji raka w stosunku do prawidłowych tkanek umożliwiają bezetykietową wizualizację nowotworów. Jednak różnice w wewnętrznych właściwościach optycznych tkanek prawidłowych i złośliwych mogą być subtelne, a opieranie się na nich może prowadzić do wysokiego odsetka przeoczeń. Zwiększony kontrast optyczny oferowany przez środki ukierunkowane molekularnie może być wykorzystany do poprawy wczesnego wykrywania; a biorąc pod uwagę, że optyczne narzędzia obrazowania i wykrywania można łatwo połączyć, można opracować zintegrowane systemy, które obrazują w różnych skalach lub wykrywają wiele parametrów, aby pomóc we wczesnym wykrywaniu. Obecnie diagnozę stawia się na podstawie badania histologicznego biopsji tkanki po zidentyfikowaniu podejrzanych zmian. Ostatnio opracowano miniaturowe i podręczne narzędzia do obrazowania mikroskopowego, a integracja tych narzędzi z urządzeniami optycznymi o szerokim polu widzenia umożliwia zarówno szybkie wykrywanie, jak i potwierdzające badanie histologiczne w punkcie opieki, które może stanowić wskazówkę do biopsji i/lub resekcji. Opisano wiele różnych strategii sond ukierunkowanych, które przyniosły korzyści w modelach przedklinicznych i w ograniczonej liczbie badań z udziałem ludzi. Przedstawiamy przykłady zintegrowanych, multimodalnych narzędzi do obrazowania optycznego i detekcji, które wykorzystują kombinację wewnętrznego i zewnętrznego kontrastu optycznego do wczesnego wykrywania lub wyznaczania marginesu raka na powierzchni nabłonka. Omówimy kilka nowych technologii, które mają zastosowanie w wykrywaniu najczęstszych raków wywodzących się z nabłonka skóry, przewodu pokarmowego i moczowo-płciowego oraz oskrzeli i pęcherzyków płucnych.